[发明专利]一种预应力螺纹拉杆装置及其制作方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及压机技术领域，特别是一种预应力螺纹拉杆装置及其制作方法和应用。

背景技术

预应力液压机机架是通过螺纹拉杆(螺杆)和螺母，将上/下横梁、立柱连接而成。在动载荷作用下，由于螺纹牙间的载荷分布不均匀性以及应力集中的影响，在啮合螺纹段承载最大的牙根处容易发生疲劳破坏。在陶瓷压机、快锻压机等高频次工作的压机中，拉杆螺纹连接处的疲劳断裂失效发生机率很高，即使在结构上采用了多种增加螺纹连接强度的措施，包括：悬置螺母、内斜螺纹螺母，增加立柱与拉杆的刚度比等，还往往无法满足实际的疲劳寿命要求。断裂部位多发生于拉杆在下横梁与螺母结合的螺纹根部。

现有的压机拉杆普遍采用顶角为45度锯齿形螺纹，牙根的圆角半径很小。有限元结果表明：1、牙根的圆角应力集中现象非常严重，等效应力都不同程度地超过了材料的屈服强度极限，发生了局部塑性变形现象；2、拉杆螺牙间轴向载荷分布不均匀，造成承载的牙数少，影响着螺纹牙根处的应力分布情况。应力集中和载荷分布不均导致现有拉杆的抗疲劳强度大大降低，是拉杆频繁断裂的主要原因。

压机拉杆频繁断裂，造成维修成本高，当前螺纹拉杆的设计主要围绕着增强使用寿命等方面展开。例如通过对顶角为60度三角形螺纹采用中径偏置的方法，以获得更大过渡圆弧半径，虽然有利于消除拉杆螺纹高应力集中现象，但存在以下不足，主要表现为：通过对顶角为60度三角形螺采用中径偏置方法，获得更大的拉杆螺牙根部过渡圆弧半径，但拉杆螺牙齿厚变小，螺母齿厚变大，即拉杆螺纹轴向刚度抗弯较差；且该螺纹的螺距较大，在动载荷作用下螺杆外螺纹牙易损坏，螺杆和螺母易松动。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种预应力螺纹拉杆装置及其制作方法和应用，不仅有效降低螺纹牙根部的等效应力峰值，而且使得牙间轴向载荷均匀分布，消除现有压机的拉杆螺纹应力集中问题，延长拉杆的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案一是：一种应用于液压机机架的预应力螺纹拉杆装置，包括螺杆和螺母，所述螺杆两端部具有外螺纹，所述螺母通过其内螺纹与螺杆的外螺纹啮合，所述外螺纹和内螺纹具有相同的牙型和螺距，所述牙型的牙型角为40～45度且为不对称牙型，所述外螺纹的根部为一圆弧，所述牙型承压侧的牙侧角为10～20度；所述外螺纹和内螺纹的承压侧顶部均设有倒角，所述内螺纹的承压侧根部设有倒圆角。

其中，所述牙型的牙型角为45度。

其中，所述牙型承压侧的牙侧角为14～16度。

其中，所述牙型承压侧的牙侧角为15度。

其中，所述外螺纹和内螺纹的径向间隙为0.1～0.2mm，轴向间隙为0.2～0.3mm。

其中，所述外螺纹的小径、中径和大径尺寸制造公差均为+(0.05～0.15)mm；所述内螺纹的小径、中径和大径尺寸制造公差均为－(0.05～0.15)mm。

其中，所述外螺纹的根部圆弧经过滚压处理，且滚压深度大于0.2mm，表面粗糙度优于0.8μm。

一种应用于液压机机架的预应力螺纹拉杆装置的制作方法，包括以下步骤：

(1)选取牙型角40～45度、承压侧牙侧角为10～20度，在螺杆两端部制作出牙型不对称的外螺纹，所述外螺纹的根部通过一圆弧过渡；

(2)根据螺杆外螺纹的牙型，在螺母内侧制作出相同牙型、牙型角、牙侧角和螺距的内螺纹；

(3)通过螺母的内螺纹与螺杆的外螺纹啮合。

一种预应力机架，两个立柱分别通过上述的应用于液压机机架的预应力螺纹拉杆装置将上横梁和下横梁连接成预应力组合框架。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该预应力螺纹拉杆装置可有效降低螺纹牙根部的等效应力峰值，且使得牙间轴向载荷分布均匀，具有高承载能力和高可靠性，能够极大程度的减少拉杆断裂现象，可应用于各种预应力组合机架结构的液压机，提高液压机的整体性能和使用寿命。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

附图说明

图1是本发明的预应力螺纹拉杆装置的剖视示意图。

图2是本发明的螺杆外螺纹的剖视示意图。

图3是本发明的螺母内螺纹的剖视示意图。

图4是本发明的螺杆外螺纹与螺母内螺纹的啮合示意图。

图5是标准45度锯齿形螺纹的啮合示意图。

图6是牙侧角与牙间轴向载荷不均匀系数的关系图。

图7是同等工况下本发明与标准牙型拉杆螺纹装置的轴向载荷分布对比图。